JP2001148538A - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JP2001148538A
JP2001148538A JP29255799A JP29255799A JP2001148538A JP 2001148538 A JP2001148538 A JP 2001148538A JP 29255799 A JP29255799 A JP 29255799A JP 29255799 A JP29255799 A JP 29255799A JP 2001148538 A JP2001148538 A JP 2001148538A
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JP
Japan
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semiconductor laser
active layer
semiconductor
laser device
layer
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Withdrawn
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JP29255799A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoji Okazaki
洋二 岡崎
Toshiaki Fukunaga
敏明 福永
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a red-light semiconductor laser device which oscillates a high power fundamental mode. SOLUTION: A semiconductor laser 24, having a Ga1-z1Alz1N/GaN superlattice clad layer 12, a GaN optical guide layer 13, an In1-z2Gaz2N/In1-z3Gaz3N multilayer quantum well active layer 14, a Ga1-z4Alz4N carrier blocking layer, a GaN optical guide layer 16, a Ga1-z1Alz1N/GaN superlattice clad layer 17, a GaN contact layer 18, etc., formed on a GaN substrate 11 excites a surface- emitting type semiconductor element having an In0.5(Ga1-x5Alx5)0.5P clad layer 32, an In0.5(Ga1-x2Alx2)0.5P lower light-confining layer 33, an In0.5(Ga1-x3Alx30.5P/ In0.5(Ga1-x4Alx4)0.5P multilayer quantum well active layer 34, an In0.5(Ga1-x2Alx2)0.5 P lower light-confining layer 35, an In0.5Al0.5P/In0.5(Ga1-x1Alx1)0.5P distributed reflection film 36, an SiO2/ZrO2 distributed reflection film 37, etc., formed on a GaAs substrate 31, to thereby obtaining laser oscillation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に関し、特に半導体レーザ素子を励起光源に用いた面発
光型の半導体レーザ装置に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a surface-emitting type semiconductor laser device using a semiconductor laser element as an excitation light source.

【0002】[0002]

【従来の技術】光情報・画像処理装置、印刷装置などの
高機能、高性能化が進むにつれて、これらの装置に使用
される半導体レーザ装置の高出力化、レーザビームの高
品位化が要求されている。
2. Description of the Related Art As the functions and performance of optical information / image processing apparatuses, printing apparatuses, and the like have increased, the semiconductor laser devices used in these apparatuses have been required to have higher output and higher quality laser beams. ing.

【0003】410nm帯の短波長半導体レーザ装置と
して、1998年発行のJpn.Appl.phys.Lett.,Vol.37.pp.L1
020において、サファイヤ基板上にGaNを形成した
後、SiO2をマスクとして、選択成長を利用してGa
Nを形成した後、サファイヤ基板を剥がしたGaN基板
上に、n−GaNバッファ層、n−InGaNクラック
防止層、AlGaN/n−GaN変調ドープ超格子クラ
ッド層、n−GaN光導波層、アンドープInGaN/
n−InGaN多重量子井戸活性層、p−AlGaNキ
ャリアブロック層、p−GaN光導波層、AlGaN/
p−GaN変調ドープ超格子クラッド層、p−GaNコ
ンタクト層からなるものが報告されている。しかしなが
ら、この半導体レーザ装置ではストライプ幅が2μmと
狭いため、100mW程度の光出力しか得られていな
い。
As a short-wavelength semiconductor laser device in the 410 nm band, Jpn. Appl. Phys. Lett., Vol. 37.pp.
In 020, after GaN is formed on a sapphire substrate, Ga is formed by selective growth using SiO 2 as a mask.
After forming N, the n-GaN buffer layer, the n-InGaN crack prevention layer, the AlGaN / n-GaN modulation-doped superlattice cladding layer, the n-GaN optical waveguide layer, the undoped InGaN /
n-InGaN multiple quantum well active layer, p-AlGaN carrier block layer, p-GaN optical waveguide layer, AlGaN /
A structure comprising a p-GaN modulation-doped superlattice cladding layer and a p-GaN contact layer has been reported. However, in this semiconductor laser device, since the stripe width is as narrow as 2 μm, an optical output of only about 100 mW is obtained.

【0004】一方、従来の赤色単一半導体レーザ装置に
おいては、高出力化かつ基本モード発振させるために、
窓構造の採用が試みられているが、現状では50mW程
度が実用上の限界である。
On the other hand, in the conventional red single semiconductor laser device, in order to increase the output and oscillate the fundamental mode,
Attempts have been made to adopt a window structure, but currently about 50 mW is the practical limit.

【0005】また、赤色半導体レーザ装置では、近年、
1999年発行のIEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTER、VOL.
11 P791において、波長660nmで400mWの出力
のシングルモード半導体レーザが実現されたことが記載
されている。しかしながら、本構造では横モードにサイ
ドローブが発生し、ビーム特性が悪いという問題があ
る。また、ブロードエリア構造とはいえ、端面光密度が
高いため、さらなる高出力化が困難であり、経時信頼性
が低いという問題もある。
[0005] In recent years, in red semiconductor laser devices,
IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTER, VOL.
11 P791 describes that a single-mode semiconductor laser with a wavelength of 660 nm and an output of 400 mW was realized. However, this structure has a problem that side lobes are generated in the transverse mode and beam characteristics are poor. In addition, despite the broad area structure, there is also a problem that it is difficult to further increase the output and the reliability over time is low because of the high end face light density.

【0006】さらに、高出力化の他の方法として、半導
体レーザ励起SHG固体レーザが挙げられるが、レーザ
結晶の希土類元素の蛍光寿命が、非常に長いことから、
励起用の半導体レーザの直接変調による発振ビームの高
速変調ビームを得ることが困難であった。また、SHG
光を用いることから効率が悪いという問題もあった。
As another method of increasing the output, there is a semiconductor laser-excited SHG solid-state laser. However, since the fluorescence lifetime of a rare earth element in a laser crystal is very long,
It has been difficult to obtain a high-speed modulated beam of an oscillation beam by direct modulation of a semiconductor laser for excitation. Also, SHG
There is also a problem that efficiency is low because light is used.

【0007】また、高出力かつ基本横モード発振させる
ために、米国特許第5627853号において、半導体レーザ
励起の面発光型レーザ装置が記載されている。しかし、
SHGによる短波長化の記載があるだけで、SHGを利
用しない高効率の短波長の面発光レーザについては記載
されていない。
Further, in order to oscillate a high output and fundamental transverse mode, US Pat. No. 5,628,783 discloses a surface emitting laser device excited by a semiconductor laser. But,
There is only a description of shortening the wavelength by using SHG, but no description is given of a high-efficiency short-wavelength surface emitting laser that does not use SHG.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のような波長域が
赤色の半導体レーザ装置において、これまで、高出力か
つ基本モード発振を得ることが非常に困難であった。
In a semiconductor laser device having a red wavelength region as described above, it has been extremely difficult to obtain high output and fundamental mode oscillation until now.

【0009】本発明は上記事情に鑑みて、高効率かつ高
出力で、基本モード発振する信頼性の高い半導体レーザ
装置を提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a semiconductor laser device having high efficiency, high output, and high reliability in fundamental mode oscillation.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、InGaNまたはGaNを活性層に用いた半導体
レーザ素子からなる励起光源と、該励起光源により励起
されてレーザ光を発する、基板上にInGaAlPまた
はInGaPからなる活性層を備えた面発光型半導体素
子とを備えてなることを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a semiconductor laser device comprising: an excitation light source comprising a semiconductor laser element using InGaN or GaN for an active layer; and a substrate, which is excited by the excitation light source and emits laser light. And a surface-emitting type semiconductor device provided with an active layer made of InGaAlP or InGaP.

【0011】本発明の別の半導体レーザ装置は、InG
aNまたはGaNを活性層に用いた半導体レーザ素子か
らなる励起光源と、該励起光源により励起されてレーザ
ー光を発する、基板上にInGaAlPまたはInGa
Pからなる活性層を積層してなる半導体層からなり、該
半導体層の積層方向の両端面にミラーを備えた面発光型
半導体素子とを備えてなることを特徴とするものであ
る。
Another semiconductor laser device of the present invention is an InG
an excitation light source composed of a semiconductor laser element using aN or GaN for an active layer; and InGaAlP or InGa on a substrate, which is excited by the excitation light source and emits laser light.
The semiconductor device comprises a semiconductor layer formed by stacking active layers made of P, and a surface-emitting type semiconductor device having mirrors at both end surfaces in the stacking direction of the semiconductor layer.

【0012】本発明の別の半導体レーザ装置は、GaN
AsまたはInGaNAsを活性層に用いた半導体レー
ザ素子からなる励起光源と、該励起光源により励起され
てレーザ光を発する基板上にInGaAlPまたはIn
GaPからなる活性層を備えた面発光型半導体素子とを
備えてなることを特徴とするものである。
Another semiconductor laser device according to the present invention is a semiconductor laser device comprising:
An excitation light source comprising a semiconductor laser element using As or InGaNAs for an active layer, and InGaAlP or InGaAlP or InGaN on a substrate which is excited by the excitation light source and emits laser light.
And a surface-emitting type semiconductor device provided with an active layer made of GaP.

【0013】本発明の別の半導体レーザ装置は、GaN
AsまたはInGaNAsを活性層に用いた半導体レー
ザ素子からなる励起光源と、該励起光源により励起され
てレーザー光を発する、基板上にInGaAlPまたは
InGaPからなる活性層を積層してなる半導体層から
なり、該半導体層の積層方向の両端面にミラーを備えた
面発光型半導体素子とを備えてなることを特徴とするも
のである。
[0013] Another semiconductor laser device of the present invention is a semiconductor laser device comprising GaN
An excitation light source composed of a semiconductor laser element using As or InGaNAs as an active layer, and a semiconductor layer formed by laminating an active layer composed of InGaAlP or InGaP on a substrate, which emits laser light when excited by the excitation light source; And a surface-emitting type semiconductor device having mirrors on both end surfaces in the stacking direction of the semiconductor layers.

【0014】本発明の別の半導体レーザ装置は、InG
aNまたはGaNを活性層に用いた半導体レーザ素子か
らなる励起光源と、該励起光源により励起される、基板
上にInGaAlPまたはInGaPからなる活性層を
備えた面発光型半導体素子と、該面発光型半導体素子の
外部に配置され、該面発光型半導体素子の活性層の前記
基板側あるいは前記基板と反対側に形成されたミラーと
共振器を構成する外部ミラーとを備えてなり、該外部ミ
ラーからレーザ光を出力することを特徴とするものであ
る。
Another semiconductor laser device of the present invention is an InG
an excitation light source comprising a semiconductor laser element using aN or GaN for an active layer; a surface emitting semiconductor element provided with an active layer of InGaAlP or InGaP on a substrate, which is excited by the excitation light source; A mirror formed on the substrate side or the opposite side of the active layer of the surface-emitting type semiconductor element, and an external mirror forming a resonator; It is characterized by outputting laser light.

【0015】本発明の別の半導体レーザ装置は、GaN
AsまたはInGaNAsを活性層に用いた半導体レー
ザ素子からなる励起光源と、該励起光源により励起され
る、基板上にInGaAlPまたはInGaPからなる
活性層を備えた面発光型半導体素子と、該面発光型半導
体素子の外部に配置され、該面発光型半導体素子の活性
層の前記基板側あるいは前記基板と反対側に形成された
ミラーと共振器を構成する外部ミラーとを備えてなり、
該外部ミラーからレーザ光を出力することを特徴とする
ものである。
[0015] Another semiconductor laser device of the present invention is a semiconductor laser device comprising:
An excitation light source comprising a semiconductor laser element using As or InGaNAs for an active layer; a surface-emitting type semiconductor element having an active layer made of InGaAlP or InGaP on a substrate which is excited by the excitation light source; An external mirror constituting a resonator and a mirror formed on the substrate side of the active layer of the surface-emitting type semiconductor element or on the side opposite to the substrate, which is disposed outside the semiconductor element,
The laser light is output from the external mirror.

【0016】前記半導体レーザ素子はストライプ状の電
流注入窓を有しており、該電流注入窓となるストライプ
幅は5μm以上であることが望ましい。
The semiconductor laser device has a stripe-shaped current injection window, and the width of the stripe serving as the current injection window is preferably 5 μm or more.

【0017】また、前記レーザ光の波長は600nm以
上700nm以下であることが望ましい。
Further, it is desirable that the wavelength of the laser beam is not less than 600 nm and not more than 700 nm.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置によれば、活
性層がInGaNまたはGaNからなる半導体レーザ素
子を励起光源とし、活性層がInGaAlPまたはIn
GaPからなる面発光型半導体素子によりレーザ発振を
得る構成としているので、励起用の半導体レーザ素子に
ブロードエリア型の半導体レーザ素子を用いることがで
き、例えば1W〜10Wの高出力化が可能である。従っ
て、得られる発振出力も数100mW〜数Wの赤色のレ
ーザ装置を得ることができる。
According to the semiconductor laser device of the present invention, the semiconductor laser element whose active layer is made of InGaN or GaN is used as an excitation light source, and the active layer is made of InGaAlP or InGa.
Since laser oscillation is obtained by a surface emitting semiconductor element made of GaP, a broad area semiconductor laser element can be used as a semiconductor laser element for excitation, and a high output of, for example, 1 W to 10 W can be achieved. . Accordingly, a red laser device having an oscillation output of several hundred mW to several W can be obtained.

【0019】また、励起光源に半導体レーザ素子を用い
ているので、高出力でかつサイドモードフリーな基本横
モード発振を得ることができる。
Further, since a semiconductor laser element is used as an excitation light source, it is possible to obtain high-output and side mode-free fundamental transverse mode oscillation.

【0020】また、半導体レーザ素子の活性層に、Ga
NAsまたはInGaNAsを用いても、上記同様に赤
色でサイドモードフリーな基本横モード発振を得ること
ができる。
In the active layer of the semiconductor laser device, Ga
Even when NAs or InGaNAs are used, red, side mode-free fundamental transverse mode oscillation can be obtained as described above.

【0021】さらに、外部ミラーを用いるいことによ
り、万一、サイドローブが発生した場合でも、スリット
等を共振器内に挿入して抑制することができるまた、励
起光源に半導体レーザ素子を用いているので、高効率で
低コストかつCW動作が可能なレーザ装置を得ることが
できる。
Further, by using an external mirror, even if a side lobe is generated, a slit or the like can be suppressed by inserting it into the resonator. In addition, a semiconductor laser element can be used as an excitation light source. Therefore, it is possible to obtain a laser device capable of performing CW operation with high efficiency at low cost.

【0022】また、励起光源である半導体レーザ素子を
直接変調することによって、高速の変調光を得ることが
できる。
Further, high-speed modulated light can be obtained by directly modulating the semiconductor laser element which is an excitation light source.

【0023】さらに、本発明の半導体レーザ装置は、光
励起であるために通常の電流注入の半導体レーザ素子と
は異なり、ドーピング材であるMg等の拡散がないの
で、ショートによる経時劣化が無く、半導体レーザ装置
の長寿命化を実現できる。
Further, the semiconductor laser device of the present invention does not diffuse Mg or the like as a doping material unlike a normal current injection semiconductor laser device because it is photo-excited. The life of the laser device can be extended.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0025】図1に本発明の第1の実施の形態による半
導体レーザ装置を構成する360nm帯の励起用の半導
体レーザ素子の断面図を示し、その半導体レーザ素子が
発する励起光により単一横モード発振する面発光型半導
体素子を図2に示す。
FIG. 1 is a sectional view of a 360 nm band semiconductor laser device for constituting a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an oscillating surface emitting semiconductor device.

【0026】まず、半導体レーザ素子について図1を参
照して説明する。1998年発行のJpn.Appl.phys.Lett.,Vo
l.37.pp.L1020に記載されている方法により、サファイ
ヤ基板上にGaNを形成した後、SiO2をマスクとし
て、選択成長を利用してGaNを形成した後、サファイ
ヤ基板を剥がして、n−GaN(0001)基板11を形
成する。有機金属気相成長法により、n−GaN(00
01)基板11上にn−Ga1-z1Alz1N/GaN超格子
クラッド層12(0<z1<1)、nあるいはi−GaN光導
波層13、In1-z2Gaz2N(Siドープ)/In1-Z3
Z3N多重量子井戸活性層14(0<z2<z3<0.5)、p−
Ga1-z4Alz4Nキャリアブロッキング層(0<z4<0.
5)15、nあるいはi−GaN光導波層16、p−Ga
1-z1Alz1N/GaN超格子クラッド層17(0<z1<
1)、p−GaNコンタクト層18を形成する。その上に
絶縁膜19を形成し、通常のリソグラフィにより、100
μm程度のストライプの領域の絶縁膜19を除去し、その
上にp側電極20を形成する。次に、基板11の研磨を行
い、n側電極21を形成し、劈開により共振器を形成す
る。その後、高反射コートと低反射コートを行い、チッ
プ化して半導体レーザ素子24を完成させる。
First, the semiconductor laser device will be described with reference to FIG. Jpn.Appl.phys.Lett., Vo, 1998
After GaN was formed on the sapphire substrate by the method described in l.37.pp.L1020, GaN was formed using selective growth using SiO 2 as a mask, and then the sapphire substrate was peeled off. Forming a GaN (0001) substrate 11; The n-GaN (00
01) n-Ga1 -z1 Alz1 N / GaN superlattice cladding layer 12 (0 <z1 <1), n or i-GaN optical waveguide layer 13, In1 -z2 Gaz2 N (Si-doped) ) / In 1-Z3 G
a Z3 N multiple quantum well active layer 14 (0 <z2 <z3 <0.5), p−
Ga 1-z4 Al z4 N carrier blocking layer (0 <z4 <0.
5) 15, n or i-GaN optical waveguide layer 16, p-Ga
1-z1 Al z1 N / GaN superlattice cladding layer 17 (0 <z1 <
1), a p-GaN contact layer 18 is formed. An insulating film 19 is formed thereon, and 100
The insulating film 19 in a stripe region of about μm is removed, and a p-side electrode 20 is formed thereon. Next, the substrate 11 is polished, an n-side electrode 21 is formed, and a resonator is formed by cleavage. After that, a high-reflection coat and a low-reflection coat are applied, and the semiconductor laser device 24 is completed by chipping.

【0027】次に、面発光型半導体素子について図2を
参照して説明する。ここで、後述のλは光励起により発
振する波長であり、nInAlP、nInGaAlP、nSiO2、n
ZrO2はそれぞれInAlP、InGaAlP、Si
2、ZrO2の発振波長での屈折率である。
Next, a surface emitting semiconductor device will be described with reference to FIG. Here, λ described later is a wavelength oscillated by light excitation, and n InAlP , n InGaAlP , n SiO2 , n
ZrO2 is InAlP, InGaAlP, Si
This is the refractive index at the oscillation wavelength of O 2 and ZrO 2 .

【0028】有機金属気相成長法により、GaAs基板
31上に、In0.5(Ga1-x5Alx50.5Pクラッド層3
2、In0.5(Ga1-x2Alx20.5P下部光閉じ込め3
3、In0.5(Ga1-x3Alx30.5P/In0.5(Ga
1-x4Alx40.5P多重量子井戸活性層34、In0.5(G
1-x2Alx20.5P下部光閉じ込め35、2ペアのIn
0.5Al0.5P(厚さがλ/4nInAlP)/In0.5(Ga
1-x1Alx10.5P(厚さがλ/4nInGaAlP)分布反射
膜36(本層は無くてもよい)を積層する。上記組成は0
≦x4<x3≦1、x4<x2<x5≦1、0≦x3<x1≦x2およびx3
<x5<1を満たすものが望ましい。その後、電子ビーム
蒸着法等により12ペアのSiO2(厚さがλ/4n
SiO2)/ZrO2(厚さがλ/4nZrO2)分布反射膜37
を積層する。その後基板の研磨を行い、硫酸系エッチャ
ントで発光領域のGaAs基板31を除去する。このとき
自動的にエッチングがIn0.5(Ga1-x5Alx50.5
クラッド層32が露出してエッチングが停止する。その
後、ZrO2(厚さがλ/4nZrO2)の無反射コート38
を行い、劈開によりチップ化して面発光型半導体素子39
を完成させる。
GaAs substrate by metal organic chemical vapor deposition
In 0.5 (Ga 1-x5 Al x5 ) 0.5 P clad layer 3
2, In 0.5 (Ga 1-x2 Al x2 ) 0.5 P lower light confinement 3
3, In 0.5 (Ga 1-x3 Al x3 ) 0.5 P / In 0.5 (Ga
1-x4 Al x4 ) 0.5 P multiple quantum well active layer 34, In 0.5 (G
a 1-x2 Al x2 ) 0.5 P lower light confinement 35, 2 pairs of In
0.5 Al 0.5 P (thickness is λ / 4n InAlP ) / In 0.5 (Ga
1-x1 Al x1 ) 0.5 P (thickness λ / 4n InGaAlP ) distributed reflection film 36 (this layer may be omitted ). The above composition is 0
≦ x4 <x3 ≦ 1, x4 <x2 <x5 ≦ 1, 0 ≦ x3 <x1 ≦ x2 and x3
Those satisfying <x5 <1 are desirable. Thereafter, 12 pairs of SiO 2 (having a thickness of λ / 4n) were formed by electron beam evaporation or the like.
SiO 2 ) / ZrO 2 (thickness λ / 4n ZrO 2 ) distributed reflection film 37
Are laminated. Thereafter, the substrate is polished, and the GaAs substrate 31 in the light emitting region is removed with a sulfuric acid-based etchant. At this time, the etching is automatically performed with In 0.5 (Ga 1-x5 Al x5 ) 0.5 P
The cladding layer 32 is exposed and the etching stops. Thereafter, a non-reflective coat 38 of ZrO 2 (thickness λ / 4n ZrO2 )
Is performed to form a chip by cleavage.
To complete.

【0029】本面発光型半導体素子の発する波長帯に関
しては、In0.5(Ga1-x4Alx40.5P量子井戸活性
層より、600nm以上700nm以下の範囲までの制
御が可能である。
The wavelength band emitted by the surface-emitting type semiconductor device can be controlled in the range from 600 nm to 700 nm from the In 0.5 (Ga 1-x4 Al x4 ) 0.5 P quantum well active layer.

【0030】次に半導体レーザ装置について説明し、そ
の図を図3に示す。
Next, a description will be given of a semiconductor laser device, and FIG.

【0031】本半導体レーザ装置は、励起光源である半
導体レーザ素子24と、ヒートシンク43に12ペアのSi
2(厚さがλ/4nSiO2)/ZrO2(厚さがλ/4n
ZrO2)分布反射膜37側端面を接着された面発光型半導体
素子39と、出力ミラーである凹面ミラー46と、凹面ミラ
ー46の凹面と面発光型半導体素子の分布反射膜37により
構成される外部共振器49と、外部共振器49内にブリュー
スター板45を備えるものである。ブリュースター板45に
より、偏光が制御されている外部共振器49内部に波長選
択素子、例えばリオフィルターもしくはエタロンもしく
はこれら複数を挿入してもよい。
In the present semiconductor laser device, a semiconductor laser element 24 serving as an excitation light source and a heat sink 43 are provided with 12 pairs of Si.
O 2 (thickness λ / 4n SiO2 ) / ZrO 2 (thickness λ / 4n
ZrO 2 ) A surface-emitting type semiconductor device 39 having an end face on the side of the distributed reflection film 37 bonded thereto, a concave mirror 46 serving as an output mirror, and a concave surface of the concave mirror 46 and a distributed reflection film 37 of the surface-emitting type semiconductor device. A resonator 49 and a Brewster plate 45 in the external resonator 49 are provided. A wavelength selection element, for example, a lio filter or an etalon, or a plurality thereof may be inserted into the external resonator 49 whose polarization is controlled by the Brewster plate 45.

【0032】半導体レーザ素子24から発せられた励起光
47は、レンズ42により面発光型半導体素子39の半導体層
内部に集光され、面発光型半導体素子39から発する光
は、外部共振器49により共振し、出力ミラー46から赤色
レーザ光48を発振する。
Excitation light emitted from the semiconductor laser device 24
47 is condensed inside the semiconductor layer of the surface-emitting type semiconductor element 39 by the lens 42, light emitted from the surface-emitting type semiconductor element 39 resonates by the external resonator 49, and oscillates red laser light 48 from the output mirror 46. I do.

【0033】面発光型半導体素子39のGaAs基板31
は、励起用の半導体レーザ素子24の励起光47に対し透明
でないので、面発光型半導体素子39は、図3に示すよう
に、サイドから励起される。
GaAs substrate 31 of surface-emitting type semiconductor device 39
Is not transparent to the excitation light 47 of the semiconductor laser element 24 for excitation, so that the surface-emitting type semiconductor element 39 is excited from the side as shown in FIG.

【0034】また、半導体レーザ素子24を直接変調する
ことにより、高速で変調された変調信号を得ることが可
能となる。これは、従来の固体レーザにおいては実現で
きなかった特性である。
Further, by directly modulating the semiconductor laser element 24, a modulated signal modulated at a high speed can be obtained. This is a characteristic that cannot be realized by the conventional solid-state laser.

【0035】また、本実施の形態の面発光型半導体レー
ザは光励起であるために、通常の電流注入の半導体レー
ザ装置とは異なり、電流注入に伴う発熱が低減でき、長
寿命化を実現できる。
Further, since the surface-emitting type semiconductor laser of this embodiment is optically pumped, heat generation due to current injection can be reduced and a long life can be realized, unlike a semiconductor laser device of ordinary current injection.

【0036】さらに、外部ミラーにて横モードを制御で
きるので、サイドローブが立つこともない。万一、サイ
ドローブが発生した場合には、スリット等を共振器内に
挿入して抑制することができる。
Further, since the lateral mode can be controlled by the external mirror, there is no side lobe. Should a side lobe occur, a slit or the like can be inserted into the resonator to suppress it.

【0037】本実施の形態では、GaAs基板31は発振
光に対して吸収媒体であるため、GaAs基板をエッチ
ングなどにより高精度に薄層化して作成したピンホール
状の穴をモード制御に用いることも効果的である。
In the present embodiment, since the GaAs substrate 31 is an absorption medium for oscillating light, a pinhole-shaped hole formed by thinning the GaAs substrate with high precision by etching or the like is used for mode control. Is also effective.

【0038】次に本発明の第2の実施の形態による半導
体レーザ装置について説明する。
Next, a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention will be described.

【0039】まず、その半導体レーザ装置を構成する面
発光型半導体素子について説明し、その断面図を図4に
示す。ここで、後述のλは光励起により発振する波長で
あり、nInAlP、nInGaAlP、nZrO2はそれぞれInAl
P、InGaAlP、ZrO2の発振波長での屈折率で
ある。
First, a surface-emitting type semiconductor element constituting the semiconductor laser device will be described, and a cross-sectional view thereof is shown in FIG. Here, λ described below is a wavelength oscillated by optical excitation, and n InAlP , n InGaAlP , and n ZrO2 are InAlP , respectively.
This is the refractive index at the oscillation wavelength of P, InGaAlP, and ZrO 2 .

【0040】図4に示すように、有機金属気相成長法に
よりGaAs基板61上に、30ペアのIn0.5(Ga
1-x1Alx10.5P(厚さがλ/4nInGaAlP)/In
0.5Al0.5P(厚さがλ/4nInAlP)分布反射膜62、
In0.5(Ga1-x2Alx20.5P下部クラッド層63、I
0.5(Ga1-x2Alx20.5P下部光閉じ込め64、In
0.5(Ga1-x3Alx30.5P/In0.5(Ga1-x4Alx4
0.5P多重量子井戸活性層65、In0.5(Ga1-x2
x20.5P上部光閉じ込め66、In0.5(Ga1-x5Al
x50.5Pクラッド層67を順次積層する。上記組成は、0
≦x4<x3≦1、x4<x2<x5≦1、0≦x3<x1≦x2およびx3
<x5<1を満たすことが望ましい。電子ビーム蒸着法に
より、ZrO2(厚さがλ/4nZrO2)無反射コート68
を積層する。その後、基板61の研磨を行い、劈開により
チップ化して面発光型半導体素子を完成させる。
As shown in FIG. 4, 30 pairs of In 0.5 (Ga 2) are formed on a GaAs substrate 61 by metal organic chemical vapor deposition.
1-x1 Al x1 ) 0.5 P (thickness is λ / 4n InGaAlP ) / In
0.5 Al 0.5 P (thickness is λ / 4n InAlP ) distributed reflection film 62,
In 0.5 (Ga 1-x2 Al x2 ) 0.5 P Lower cladding layer 63, I
n 0.5 (Ga 1-x2 Al x2 ) 0.5 P Lower optical confinement 64, In
0.5 (Ga 1-x3 Al x3 ) 0.5 P / In 0.5 (Ga 1-x4 Al x4 )
0.5 P multiple quantum well active layer 65, In 0.5 (Ga 1-x2 A
l x2 ) 0.5 P upper optical confinement 66, In 0.5 (Ga 1-x5 Al
x5 ) 0.5 P clad layers 67 are sequentially laminated. The above composition is 0
≦ x4 <x3 ≦ 1, x4 <x2 <x5 ≦ 1, 0 ≦ x3 <x1 ≦ x2 and x3
It is desirable to satisfy <x5 <1. ZrO 2 (thickness is λ / 4n ZrO2 ) anti-reflection coating 68 by electron beam evaporation
Are laminated. Thereafter, the substrate 61 is polished and cut into chips by cleavage to complete the surface-emitting type semiconductor element.

【0041】本実施の形態による面発光型半導体素子の
発振する波長帯に関しては、In0.5(Ga1-x4
x40.5P量子井戸活性層より、600nm以上70
0nm以下の範囲までの制御が可能である。
With respect to the wavelength band in which the surface-emitting type semiconductor device according to the present embodiment oscillates, In 0.5 (Ga 1−x4 A
l x4 ) More than 600 nm and 70 from the 0.5 P quantum well active layer.
Control to a range of 0 nm or less is possible.

【0042】上記面発光型半導体素子のGaAs基板61
側をヒートシンクに固定し、前記第1の実施の形態によ
る半導体レーザ装置と同様に、半導体レーザ素子24など
により励起し、外部ミラーと分布反射膜62により共振器
を構成することにより、赤色の高出力でかつ基本横モー
ドのレーザ発振を得ることができる。
The GaAs substrate 61 of the above-mentioned surface-emitting type semiconductor device
The side is fixed to a heat sink, and similarly to the semiconductor laser device according to the first embodiment, the laser is excited by the semiconductor laser element 24 and the like, and a resonator is constituted by the external mirror and the distributed reflection film 62, so that the red It is possible to obtain an output and laser oscillation of the fundamental transverse mode.

【0043】上記2つの実施の形態による半導体レーザ
装置は、CW動作のみならず、Qスイッチ素子を共振器
内に挿入し、Qスイッチ動作をさせることも可能であ
る。
The semiconductor laser devices according to the above two embodiments can perform not only CW operation but also Q-switch operation by inserting a Q-switch element into a resonator.

【0044】または励起用半導体レーザ素子をパルス駆
動し、上記構成による半導体レーザ装置をパルス駆動さ
せてもよい。特に、励起用InGaN系の半導体レーザ
素子は、他の半導体レーザ素子よりも高いCOD値(端
面破壊時の最大光出力)を有することから、パルス駆動
するには最適な励起光源である。
Alternatively, the semiconductor laser device for excitation may be pulse-driven, and the semiconductor laser device having the above-described configuration may be pulse-driven. In particular, an InGaN-based semiconductor laser element for excitation has a higher COD value (maximum light output at the time of end face breakdown) than other semiconductor laser elements, and is therefore an optimal excitation light source for pulse driving.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する半導体レーザ素子を示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device constituting a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention;

【図2】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する面発光型半導体素子を示す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a surface-emitting type semiconductor element constituting the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
装置の構成を示す図
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention;

【図4】本発明の第2の実施の形態による半導体レーザ
装置を構成する面発光型半導体素子を示す断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a surface-emitting type semiconductor element constituting a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 GaN基板 12,17 Ga1-z1Alz1N/GaN超格子クラッド層 13,16 GaN層 14 In1-z2Gaz2N/In1-z3Gaz3N多重量子井
戸活性層 15 p−Ga1-z4Alz4Nキャリアブロッキング層 18 p−GaNコンタクト層 31,61 GaAs基板 32,63,67 In0.5(Ga1-x2Alx20.5Pクラッド
層 33,35,64,66 In0.5(Ga1-x2Alx20.5P光
閉じ込め層 36 2ぺアのInGaAlP/InAlP分布反射膜 37 12ペアのSiO2/ZrO2分布反射膜 43 ヒートシンク 45 波長制御素子 46 凹面ミラー 62 30ペアのIn0.5(Ga1-x1Alx10.5P/In
0.5Al0.5P分布反射膜 65 In0.5(Ga1-x3Alx30.5P/In0.5(G
1-x4Alx40.5P多重量子井戸活性層 68 ZrO2
11 GaN substrates 12,17 Ga 1-z1 Al z1 N / GaN superlattice cladding layer 13, 16 GaN layer 14 In 1-z2 Ga z2 N / In 1-z3 Ga z3 N multiple quantum well active layer 15 p-Ga 1 -z4 Al z4 N carrier blocking layer 18 p-GaN contact layer 31 or 61 GaAs substrate 32,63,67 In 0.5 (Ga 1-x2 Al x2) 0.5 P cladding layer 33,35,64,66 In 0.5 (Ga 1 -x2 Al x2 ) 0.5 P light confinement layer 36 2-pair InGaAlP / InAlP distributed reflective film 37 12 pairs of SiO 2 / ZrO 2 distributed reflective film 43 heat sink 45 wavelength control element 46 concave mirror 62 30 pairs of In 0.5 (Ga 1-x1 Al x1 ) 0.5 P / In
0.5 Al 0.5 P distributed reflection film 65 In 0.5 (Ga 1-x3 Al x3 ) 0.5 P / In 0.5 (G
a 1-x4 Al x4 ) 0.5 P multiple quantum well active layer 68 ZrO 2 film

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Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 InGaNまたはGaNを活性層に用い
た半導体レーザ素子からなる励起光源と、該励起光源に
より励起されてレーザ光を発する、基板上にInGaA
lPまたはInGaPからなる活性層を備えた面発光型
半導体素子とを備えてなることを特徴とする半導体レー
ザ装置。
1. An excitation light source comprising a semiconductor laser device using InGaN or GaN for an active layer, and InGaAs on a substrate which emits laser light when excited by the excitation light source.
A semiconductor laser device comprising: a surface emitting semiconductor element having an active layer made of 1P or InGaP.
【請求項2】 InGaNまたはGaNを活性層に用い
た半導体レーザ素子からなる励起光源と、 該励起光源により励起されてレーザ光を発する、基板上
にInGaAlPまたはInGaPからなる活性層を積
層してなる半導体層からなり、該半導体層の積層方向の
両端面にミラーを備えた面発光型半導体素子とを備えて
なることを特徴とする半導体レーザ装置。
2. An excitation light source comprising a semiconductor laser element using InGaN or GaN for an active layer, and an active layer composed of InGaAlP or InGaP on a substrate which emits laser light when excited by the excitation light source. A semiconductor laser device comprising: a semiconductor layer; and a surface-emitting type semiconductor element having mirrors on both end surfaces of the semiconductor layer in a stacking direction.
【請求項3】 GaNAsまたはInGaNAsを活性
層に用いた半導体レーザ素子からなる励起光源と、該励
起光源により励起されてレーザ光を発する基板上にIn
GaAlPまたはInGaPからなる活性層を備えた面
発光型半導体素子とを備えてなることを特徴とする半導
体レーザ装置。
3. An excitation light source composed of a semiconductor laser element using GaNAs or InGaNAs for an active layer, and an indium laser on a substrate which is excited by the excitation light source and emits laser light.
A semiconductor laser device comprising: a surface emitting semiconductor element having an active layer made of GaAlP or InGaP.
【請求項4】 GaNAsまたはInGaNAsを活性
層に用いた半導体レーザ素子からなる励起光源と、 該励起光源により励起されてレーザ光を発する、基板上
にInGaAlPまたはInGaPからなる活性層を積
層してなる半導体層からなり、該半導体層の積層方向の
両端面にミラーを備えた面発光型半導体素子とを備えて
なることを特徴とする半導体レーザ装置。
4. An excitation light source comprising a semiconductor laser element using GaNAs or InGaNAs as an active layer, and an active layer composed of InGaAlP or InGaP, which is excited by the excitation light source and emits laser light, is formed on a substrate. A semiconductor laser device comprising: a semiconductor layer; and a surface-emitting type semiconductor element having mirrors on both end surfaces of the semiconductor layer in a stacking direction.
【請求項5】 InGaNまたはGaNを活性層に用い
た半導体レーザ素子からなる励起光源と、 該励起光源により励起される、基板上にInGaAlP
またはInGaPからなる活性層を備えた面発光型半導
体素子と、 該面発光型半導体素子の外部に配置され、該面発光型半
導体素子の活性層の前記基板側あるいは前記基板と反対
側に形成されたミラーと共振器を構成する外部ミラーと
を備えてなり、該外部ミラーからレーザ光を出力するこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。
5. An excitation light source comprising a semiconductor laser device using InGaN or GaN for an active layer, and InGaAlP on a substrate excited by the excitation light source.
Or a surface-emitting type semiconductor device provided with an active layer made of InGaP, and disposed outside the surface-emitting type semiconductor device and formed on the substrate side or the side opposite to the substrate of the active layer of the surface-emitting type semiconductor device. A semiconductor laser device comprising a mirror and an external mirror forming a resonator, and outputting laser light from the external mirror.
【請求項6】 GaNAsまたはInGaNAsを活性
層に用いた半導体レーザ素子からなる励起光源と、 該励起光源により励起される、基板上にInGaAlP
またはInGaPからなる活性層を備えた面発光型半導
体素子と、 該面発光型半導体素子の外部に配置され、該面発光型半
導体素子の活性層の前記基板側あるいは前記基板と反対
側に形成されたミラーと共振器を構成する外部ミラーと
を備えてなり、該外部ミラーからレーザ光を出力するこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。
6. An excitation light source composed of a semiconductor laser device using GaNAs or InGaNAs for an active layer, and an InGaAlP on a substrate excited by the excitation light source.
Or a surface-emitting type semiconductor device provided with an active layer made of InGaP, and disposed outside the surface-emitting type semiconductor device and formed on the substrate side or the side opposite to the substrate of the active layer of the surface-emitting type semiconductor device. A semiconductor laser device comprising a mirror and an external mirror forming a resonator, and outputting laser light from the external mirror.
【請求項7】 前記半導体レーザ素子がストライプ状の
電流注入窓を有し、該電流注入窓となるストライプ幅が
5μm以上であることを特徴とする請求項1、2、3、
4、5または6記載の半導体レーザ装置。
7. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser element has a stripe-shaped current injection window, and a width of the stripe serving as the current injection window is 5 μm or more.
7. The semiconductor laser device according to 4, 5, or 6.
【請求項8】 前記レーザ光の波長が600nm以上7
00nm以下であることを特徴とする請求項1から7い
ずれか1項記載の半導体レーザ装置。
8. The laser beam has a wavelength of not less than 600 nm and not less than 7 nm.
The semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 7, wherein the thickness is not more than 00 nm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007103938A (en) * 2005-09-30 2007-04-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optically-pumped surface emitting semiconductor laser having mode selection device and optical projection device
JP2016001675A (en) * 2014-06-12 2016-01-07 株式会社リコー Laser medium, laser device, laser processing machine, display device, and manufacturing method of laser medium

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